(57)【要約】熱間加工による造管工程を経た肉厚３０ｍｍを超える鋼管に焼入、焼戻の熱処理を施すに当たり、加熱段階の、少なくとも７５０℃以上の温度範囲において、（ａ）加熱手段として、周波数２００Ｈｚ以下の誘導加熱を用いて、鋼管を９００℃以上１０００℃以下の温度に加熱した後、水冷して焼入れを行う焼入工程、（ｂ）５００℃以上７５０℃以下で焼戻す焼戻工程を順に行うことにより、焼入れの際に均一に高速加熱でき、結晶粒の微細化を図り、靱性の良好な厚肉継目無鋼管を得ることができる。また、（ａ）の焼入工程において、誘導加熱により加熱した後、更に９００℃以上１０００℃以下の温度範囲で１０分以下の均熱処理を施した後、水冷して焼入れするのが好ましい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間加工による造管工程を経た肉厚３０ｍｍを超える鋼管に焼入、焼戻の熱処理を施すに当たり、下記（ａ）の焼入工程および（ｂ）の焼戻工程を順に行うことを特徴とする厚肉継目無鋼管の製造方法。
（ａ）加熱段階の、少なくとも７５０℃以上の温度範囲において、加熱手段として、周波数２００Ｈｚ以下の誘導加熱を用いて、鋼管を９００℃以上１０００℃以下の温度に加熱した後、水冷して焼入れを行う焼入工程。
（ｂ）５００℃以上７５０℃以下で焼戻す焼戻工程。
【請求項２】
熱間加工による造管工程を経た肉厚３０ｍｍを超える鋼管に焼入、焼戻の熱処理を施すに当たり、下記（ａ）の焼入工程および（ｂ）の焼戻工程を順に行うことを特徴とする厚肉継目無鋼管の製造方法。
（ａ）加熱段階の、少なくとも７５０℃以上の温度範囲において、加熱手段として、周波数２００Ｈｚ以下の誘導加熱を用いて、鋼管を９００℃以上１０００℃以下の温度に加熱し、更に９００℃以上１０００℃以下の温度範囲で１０分以下の均熱処理を施した後、後、水冷して焼入れを行う焼入工程。
（ｂ）５００℃以上７５０℃以下で焼戻す焼戻工程。
【請求項３】
前記焼入工程の加熱を実施するにあたり、雰囲気温度制御式加熱炉を用いて、鋼管を常温から６００℃以上７５０℃以下の温度まで加熱することを特徴とする請求項１または２に記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【請求項４】
前記均熱処理を雰囲気温度制御式加熱炉で行うことを特徴とする請求項２または３に記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【請求項５】
前記焼入れのための加熱を施される継目無鋼管が、熱間加工で造管された後、Ａｒ３点以上の温度から水冷されたものであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【請求項６】
前記焼入れのための加熱を施される継目無鋼管が、熱間加工で造管された後、更に９００℃以上１０００℃以下の温度で均熱された後、水冷されたものであることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【請求項７】
前記焼入工程と焼戻工程の間に、請求項１〜４の何れかに記載の焼入工程を付加することを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【請求項８】
前記誘導加熱を実施するにあたり、コイル長さが被誘導加熱鋼管の長さより長い誘導加熱装置を用いて、加熱中は継目無鋼管を長手方向に移動させずに誘導加熱することを特徴とする、請求項１〜７の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚肉継目無鋼管の製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、厚肉鋼管を対象にしながら、靱性の良好な継目無鋼管を製造する方法に関する。【０００２】
本発明で言う、「厚肉継目無鋼管」とは、外径にかかわらず肉厚３０ｍｍを超える継目無鋼管を言う。
【背景技術】
【０００３】
継目無鋼管は、原油、天然ガスなどの油井、ガス井（以下、これらを総称して単に「油井」という）の掘削や、それらの輸送等に用いられる。近年、より深海の油田の開発にともない、輸送管として、用いられる継目無鋼管に対する性能要求が厳しくなるとともに、厚肉の継目無鋼管の需要が高まっている。一般的に、継目無鋼管が厚肉になると、高強度が得られ難くなるだけでなく、靱性の確保が困難になる。【０００４】
［継目無鋼管の製造方法］
継目無鋼管は、例えば、マンネスマン方式により製造することができる。この方式は、次のステップからなる：
（１）穿孔圧延機（ピアサー）により、ビレットを穿孔圧延し、素管（以下「ホローシェル」という。）を製造する、
（２）延伸圧延機（例：マンドレルミル）により、ホローシェルを延伸圧延する、
（３）定径圧延機（例：サイザー）により、延伸圧延したホローシェルを定径圧延し、鋼管を得る、
（４）熱処理（例：焼入工程の後、焼戻工程）により、鋼管の強度および靱性を確保する。【０００５】
［従来技術］
一般的に、鋼材に調質熱処理を施すと、結晶粒が微細化し、靱性が向上することは良く知られている。したがって、厚肉継目無鋼管の強度および靱性を確保するためには、上記（４）の熱処理が特に重要となる。【０００６】
調質熱処理では、一般的に、バーナーで炉内の雰囲気を加熱することにより、熱処理材を加熱する雰囲気温度制御式加熱炉が用いられる。しかし、肉厚の厚い鋼管（以下、厚肉鋼管）に、雰囲気温度制御式加熱炉による調質熱処理を適用すると、場合によっては期待される程の結晶粒の微細化が得られず、鋼管の靱性が低下する。【０００７】
一方、靱性の確保を目的として、誘導加熱により鋼管の熱処理を実施する技術として、以下のものが開示されている。【０００８】
特許文献１では、鋼片を加熱した状態で圧延成形した鋼管を、５００℃以下の温度から誘導加熱でＡｃ３点〜１０００℃の温度範囲に加熱して焼入れし、その後、４５０℃〜Ａｃ１点の温度範囲で焼戻しすることにより、低温靱性を良好にする鋼管の熱処理方法が提案されている。【０００９】
また、特許文献２では、鋼片を加熱した状態で圧延成形した鋼管を、８５０℃〜１０５０℃に誘導加熱し、オーステナイト状態から冷却速度を１００℃／ｓ以上で水冷して焼入れすることにより、靱性を良好にする鋼管の熱処理方法が提案されている。【００１０】
上記特許文献１および２では、焼入れに誘導加熱を用いることが提案されているが、誘導加熱の周波数や加熱速度については開示されておらず、厚肉継目無鋼管を対象としたものではない。したがって、特許文献１および２で提案されている熱処理方法を厚肉継目無鋼管の熱処理に適用しても、得られる鋼管の靱性を十分に確保することはできない。【００１１】
特許文献３では、外周と内周が異なる金属からなるクラッド鋼管の熱処理において、鋼管外周に配置され外周側の金属を加熱するコイルと、鋼管内部に挿入され内周側の金属を加熱するコイルとを用いた誘導加熱により、鋼管の外周側と内周側を異なる温度に加熱する方法が提案されている。特許文献３で開示されている誘導加熱の周波数は、１０００Ｈｚ〜３０００Ｈｚである。【００１２】
特許文献４では、ＥＲＷ鋼管のシーム部のインラインでの熱処理における、加熱方法が提案されている。この加熱方法は、次のステップからなる：
（１）周波数７００Ｈｚ〜３０００Ｈｚの誘導加熱により６００℃〜７００℃に加熱し、（２）次いで、周波数７００Ｈｚ〜８００Ｈｚの誘導加熱により７００℃〜７５０℃に加熱し、
（３）最後に、周波数７００Ｈｚ〜３０００Ｈｚの誘導加熱により９００℃〜１０５０℃に加熱する。
上記（１）〜（３）の誘導加熱を用いることにより、シーム部の内周側を低温に保持した状態で外周側を所定の温度に加熱するとともに、投入エネルギーを減らすとしている。【００１３】
特許文献５では、ＥＲＷ鋼管の製造において、シーム部を固相圧接する際に、周波数１００ｋＨｚ未満の誘導加熱により鋼管全体を加熱した後、周波数１００ｋＨｚ以上の誘導加熱により鋼管の接合部を加熱する方法が提案されている。【００１４】
上記特許文献３〜５では、鋼管を誘導加熱により加熱する方法が開示されており、周波数が７００Ｈｚ〜１００ｋＨｚである高周波の誘導加熱が用いられている。また、特許文献３〜５のいずれも、鋼管の表面あるいは表面から一定の深さまでを加熱することを目的としており、厚肉継目無鋼管の熱処理に適用しても、鋼管の結晶粒は微細化しないので、得られる鋼管の靱性を十分に確保することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平８−１０４９２２号公報
【特許文献２】特開２００７−１５４２８９号公報
【特許文献３】特開昭６４−２８３２８号公報
【特許文献４】特開昭６０−１１６７２５号公報
【特許文献５】特開平１０−２４３２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
前述の通り、近年、厚肉継目無鋼管の需要が高まるとともに、厚肉継目無鋼管に要求される性能が厳しくなっている。一方、従来の熱処理方法では、厚肉継目無鋼管の性能要求を満たす靱性を確保することができない。本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、特に厚肉鋼管を対象として、安定した靱性を有する継目無鋼管の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前述の通り、雰囲気温度制御式加熱炉による調質熱処理を厚肉継目無鋼管に適用すると、得られる鋼管の靱性が低下する問題がある。その原因を調査したところ、以下のことが判明した。【００１８】
（１）厚肉鋼管を輻射加熱する場合、表面から内面への熱伝導に時間を要するため、加熱速度に限界を生ずる。
（２）厚肉鋼管の熱容量は大きいので、熱処理炉に被熱処理材として厚肉鋼管を挿入すると、炉温が大きく下がる。その状態から、鋼管が加熱されるので、加熱速度が極めて遅くなる。
上記（１）および（２）により、従来の雰囲気温度制御式加熱炉による調質熱処理を厚肉継目無鋼管に適用しても、加熱時間を要し、鋼管の結晶粒径は微細化することなく、得られる厚肉継目無鋼管の靱性は低下する。【００１９】
そこで、厚肉鋼管でも均一に高速加熱できる方法として、誘導加熱を用いた熱処理を検討した。その結果、肉厚が３０ｍｍを超える鋼管を均一に高速加熱するためには、誘導加熱の周波数をかなり小さくする必要があることが判明した。具体的には、２００Ｈｚ以下の周波数が必要であることが判明した。【００２０】
次に、高速加熱が必要な温度域を調査した結果、７５０℃以上の温度範囲を高速で加熱すると、結晶粒の微細化に有効であることが判明した。従って、６００℃〜７５０℃までは、通常の雰囲気温度制御式加熱炉により加熱し、その後、誘導加熱により高速加熱を実施するのが好ましい。これにより、鋼管加熱時のエネルギー投入量を抑えながら、得られる厚肉継目無鋼管において、有効に結晶粒を微細化する効果を奏することができる。【００２１】
さらに、雰囲気温度制御式加熱炉にて加熱後、誘導加熱に切り替えて高速加熱することにより、ピンニング効果を奏し、鋼管の結晶粒の粗大化を防止できることが判明した。焼戻し領域温度を通常の雰囲気温度制御式加熱炉で加熱することにより、焼戻し効果により、合金炭化物が微細に析出するからである。【００２２】
調質熱処理前の熱間圧延後のプロセスも重要である。すなわち、熱間加工後、直ちに、または、所定の温度で均熱した後に、鋼管を水冷する。これにより、鋼管は、マルテンサイトまたはベイナイト主体の金属組織になる。その鋼管に調質熱処理を施すと、鋼管の結晶粒を、さらに微細化できることが判明した。【００２３】
焼入れと焼戻しからなる調質熱処理において、焼入れと焼戻しの間に焼入れを付加することにより、得られる鋼管の靱性が向上することが明らかになった。誘導加熱による鋼管の焼入れを繰り返し実施することにより、鋼管の結晶粒がさらに微細になるからである。【００２４】
以上の知見に基づき本発明は完成し、下記の（１）ないし（８）に示す継目無鋼管の製造方法を要旨とする：【００２５】
（１）熱間加工による造管工程を経た肉厚３０ｍｍを超える鋼管に焼入、焼戻の熱処理を施すに当たり、下記（ａ）の焼入工程および（ｂ）の焼戻工程を順に行うことを特徴とする厚肉継目無鋼管の製造方法。
（ａ）加熱段階の、少なくとも７５０℃以上の温度範囲において、加熱手段として、周波数２００Ｈｚ以下の誘導加熱を用いて、鋼管を９００℃以上１０００℃以下の温度に加熱した後、水冷して焼入れを行う焼入工程。
（ｂ）５００℃以上７５０℃以下で焼戻す焼戻工程。【００２６】
（２）熱間加工による造管工程を経た肉厚３０ｍｍを超える鋼管に焼入、焼戻の熱処理を施すに当たり、下記（ａ）の焼入工程および（ｂ）の焼戻工程を順に行うことを特徴とする厚肉継目無鋼管の製造方法。
（ａ）加熱段階の、少なくとも７５０℃以上の温度範囲において、加熱手段として、周波数２００Ｈｚ以下の誘導加熱を用いて、鋼管を９００℃以上１０００℃以下の温度に加熱し、更に９００℃以上１０００℃以下の温度範囲で１０分以下の均熱処理を施した後、後、水冷して焼入れを行う焼入工程。
（ｂ）５００℃以上７５０℃以下で焼戻す焼戻工程。【００２７】
（３）前記焼入工程の加熱を実施するにあたり、雰囲気温度制御式加熱炉を用いて、鋼管を常温から６００℃以上７５０℃以下の温度まで加熱することを特徴とする（１）または（２）に記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。【００２８】
（４）前記均熱処理を雰囲気温度制御式加熱炉で行うことを特徴とする（２）または（３）に記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。【００２９】
（５）前記焼入れのための加熱を施される継目無鋼管が、熱間加工で造管された後、Ａｒ３点以上の温度から水冷されたものであることを特徴とする請求項（１）〜（４）の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。【００３０】
（６）前記焼入れのための加熱を施される継目無鋼管が、熱間加工で造管された後、更に９００℃以上１０００℃以下の温度で均熱された後、水冷されたものであることを特徴とする（１）〜（４）の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。【００３１】
（７）前記焼入工程と焼戻工程の間に、（１）〜（４）の何れかに記載の焼入工程を付加することを特徴とする（１）〜（６）の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。【００３２】
（８）前記誘導加熱を実施するにあたり、コイル長さが被誘導加熱鋼管の長さより長い誘導加熱装置を用いて、加熱中は継目無鋼管を長手方向に移動させずに誘導加熱することを特徴とする、（１）〜（７）の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の厚肉継目無鋼管の製造方法は、焼入工程で周波数２００Ｈｚ以下の誘導加熱により鋼管を加熱することにより、下記の顕著な効果を発揮する。
（１）肉厚の厚い鋼管を均一に高速加熱することができる。
（２）鋼管の結晶粒を微細にすることができる。
（３）得られる厚肉継目無鋼管において、高い靱性を確保することができる。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下に、本発明の厚肉継目無鋼管の製造方法について説明する。
【００３５】
本発明が対象とする厚肉継目無鋼管は、ビレットから鋼管を得る造管工程、並びに鋼管に熱処理を施す焼入工程および焼戻工程により製造することができる。本発明の厚肉継目無鋼管の製造方法において、造管方法は特に規定しないが、前述のマンネスマン方式により、穿孔、延伸および定形圧延を行い鋼管を得ることができる。
【００３６】
本発明の厚肉継目無鋼管の製造方法では、造管により得られた鋼管に焼入工程および焼戻工程を順に行う熱処理を施す必要がある。本発明の特徴である、焼入工程および焼戻工程について、以下で詳述する。
【００３７】
１．焼入工程
本発明の厚肉継目無鋼管の製造方法において、焼入工程では、加熱段階の、少なくとも７５０℃以上の温度範囲において、加熱手段として、周波数２００Ｈｚ以下の誘導加熱を用いて、鋼管を９００℃以上１０００℃以下の温度に加熱した後、水冷し焼入れを行う必要がある。
【００３８】
誘導加熱に用いる周波数は、鋼管内面まで均一に高速加熱するために、低周波であることが必要である。誘導加熱の周波数の上限は２００Ｈｚであり、より好ましくは１００Ｈｚ以下であり、さらに好ましくは６０Ｈｚ以下である。
【００３９】
本発明においては、加熱段階の、少なくとも７５０℃以上の温度範囲の加熱を前記誘導加熱によって行う。常温から誘導加熱を採用することを妨げない。重要な点は７５０℃以上、焼入温度または焼入温度の近傍温度までの温度範囲を高速に加熱することである。したがって、常温から７５０℃以下の温度範囲は誘導加熱を用いても、従来型の雰囲気温度制御式加熱炉による加熱を用いてもよい。Ａｃ１変態点以下の温度では加熱速度を増大しても、結晶粒が細粒化する効果は小さいからである。
【００４０】
鋼管は誘導加熱により、９００℃以上１０００℃以下の温度まで加熱される必要がある。９００℃以上に加熱することにより、鋼管組織がオーステナイト単相になり結晶粒の微細化が顕著になる。但し、加熱温度が１０００℃を超えると、結晶粒が粗大化するから、誘導加熱による加熱温度を９００℃以上、１０００℃以下とする。
【００４１】
本発明の好ましいに態様おいては、加熱段階の、少なくとも７５０℃以上の温度範囲において、加熱手段として、誘導加熱を用い、低温域の加熱においては、雰囲気温度制御式加熱炉が用いられる。この場合、雰囲気温度制御式加熱炉による加熱は７５０℃以下の温度で終了し、誘導加熱による加熱に切り替えられる。製造ラインの構成とも関係するが、通常、雰囲気温度制御式加熱炉から誘導加熱設備に鋼管を移動する過程で、鋼管の温度低下が生じることがあるから、このような場合、誘導加熱を開始した時点の鋼管の温度は、雰囲気温度制御式加熱炉における鋼管の到達温度よりも低い温度となる。例えば、雰囲気温度制御加熱炉により７１０℃まで加熱され、誘導加熱炉に鋼管が移動する間に温度低下が生じ、誘導加熱の開始温度が６８０℃となるような場合である。
【００４２】
この態様においては、鋼管は、好ましくは６００℃以上７５０℃以下の温度まで雰囲気温度制御式加熱炉で加熱される。この場合、誘導加熱開始時の鋼管の温度は、上述の鋼管が移動する間の温度低下を、例えば４０℃とすれば、５６０℃以上７１０℃以下となる。
【００４３】
本発明の製造方法では、誘導加熱の加熱時間は、特に規定しないが、５分以下が好ましく、より好ましくは３分以下、さらに好ましくは１分以下である。加熱時間が短いほど、結晶粒の微細化が図れるからである。
【００４４】
本発明の製造方法では、誘導加熱の加熱速度は、特に規定しないが、速ければ速いほど好ましい。７５０℃から９００℃までの間の平均加熱速度で、５０℃／分以上が好ましく、より好ましくは１００℃／分以上、さらに好ましくは２００℃／分以上である。
【００４５】
本発明の製造方法では特に規定しないが、誘導加熱の際には、鋼管を回転させるのが好ましい。これにより、鋼管が、より均一に加熱されるからである。
【００４６】
本発明で規定する焼入工程では、誘導加熱によって加熱した後、水冷して焼入れを行う必要がある。急速に冷却する必要があるので、鋼管全長に亘って、内面と外面を同時に急冷する装置による冷却が必要である。設備仕様に制限はないが、例えば、鋼管を回転させながら、内面に高速水ジェットフローを流しながら、外面は水槽に浸漬したり、シャワー冷却をする設備装置を採用できる。
【００４７】
２．焼戻工程
本発明の製造方法では、焼入工程の後に焼戻工程を設け、鋼管を５００℃以上７５０℃以下で焼戻す。焼戻工程を行うことにより、鋼管の強度が調整できるとともに、靱性を向上させることができる。本発明において、焼戻しの際の加熱条件については特に制限はなく、Ａｃ１点以下である５００℃以上７５０℃以下に加熱し焼戻しを行う。
【００４８】
本発明の製造方法によれば、上記の焼入工程と焼戻工程を順に行うことにより、焼入工程において厚肉鋼管を均一に高速加熱することができるとともに、焼戻工程において鋼管強度の調整を図ることができる。これにより、鋼管の結晶粒を微細にすることができ、得られる厚肉継目無鋼管において、良好な靱性を確保することができる。
【００４９】
３．焼入工程の実施態様
本発明の製造方法では、焼入工程において、得られる鋼管の靱性をさらに向上させるために、以下の（１）〜（５）の実施態様を適用できる。
【００５０】
（１）誘導加熱後の均熱
本発明の製造方法では、焼入工程において、誘導加熱により９００℃以上１０００℃以下の温度に加熱し、更に９００℃以上１０００℃以下の温度範囲で１０分以下の均熱処理を鋼管に施した後、水冷するのが好ましい。前述の通り、誘導加熱直後に水冷することにより、高靱性の鋼管を得ることができるが、誘導加熱後に均熱し、その後に水冷することにより、高靱性であるとともに、性能バラツキの小さい鋼管を得ることができるからである。
【００５１】
本発明の製造方法では、均熱処理を実施する場合は、９００℃以上１０００℃以下の温度範囲で行うことができる。均熱処理の温度は、誘導加熱の温度と同じにするのが好ましいからである。また、均熱処理の時間は、１０分以下で行うことができる。１０分を超えると、結晶粒の粗大化が発生して靱性が低下するからである。
【００５２】
（２）雰囲気温度制御式加熱炉による加熱
（２）−１．焼入れ前の雰囲気温度制御式加熱炉による加熱
本発明の製造方法では、焼入工程の加熱を実施するにあたり、常温から６００℃以上７５０℃以下の温度までの温度範囲を雰囲気温度制御式加熱炉にて加熱し、その後誘導加熱に切り替えて、９００〜１０００℃の温度に加熱することが好ましい。結晶粒を微細にするために、加熱速度はなるべく速くすることが肝要であるが、変態点以下の温度では加熱速度を増大しても、微細化の効果が小さい。したがって、変態点以下の温度域を、雰囲気温度制御式加熱炉により加熱すれば、加熱時の投入エネルギーを減少させ、エネルギーコストを抑えることができるからである。
【００５３】
上記のように、焼入れ段階の加熱に雰囲気温度制御式加熱炉による加熱を併用する場合、常温から６００℃以上７５０℃以下の温度範囲に適用することが好ましい。雰囲気温度制御式加熱炉による加熱を６００℃未満に留めると、コスト削減効果が小さく、７５０℃を超えると、変態が開始するので、熱処理による結晶粒の微細化効果が顕著に小さくなるからである。
【００５４】
また、常温から６００℃以上７５０℃以下の温度までの温度域を雰囲気温度制御式加熱炉にて加熱することにより、変態点以下の加熱速度は小さくなる。Ｔｉ、Ｎｂ等の炭化物形成元素を含有する鋼の場合、変態点以下の加熱速度が小さくなることにより、鋼が含有する炭化物が微細に析出する。その結果、オーステナイトに変態した後に、ピンニングにより結晶粒の粗大化の抑制を図ることができる。
【００５５】
本発明の製造方法では特に規定しないが、雰囲気温度制御式加熱炉による加熱の好適条件としては、例えば６００℃まで加熱の場合なら、５５０℃〜６００℃を３００秒以上かけて加熱するのが好ましい。また、同様に、６５０℃まで加熱の場合なら、６００℃〜６５０℃を２８秒以上かけて、加熱することが好ましい。
【００５６】
（２）−２．雰囲気温度制御式加熱炉による均熱
本発明の製造方法では、前記（１）の誘導加熱後の均熱処理は雰囲気温度制御式加熱炉で行うことが好ましい。均熱処理に雰囲気温度制御式加熱炉を用いることにより、均熱処理に誘導加熱装置を用いる場合に比べ、エネルギー投入量を抑えることができるからである。
【００５７】
（３）造管後の水冷
本発明の製造方法では、焼入れのための継目無鋼管は、熱間加工で造管された後、Ａｒ３点以上の温度から水冷されたものであることが好ましい。造管後の鋼管をＡｒ３点以上の温度から焼入れすることにより、鋼管組織がマルテンサイトやベイナイト主体になる。その鋼管に焼入工程および焼戻工程を施すと、さらに継目無鋼管の結晶粒が微細になるからである。
【００５８】
本発明の製造方法では、焼入れのための加熱を施される継目無鋼管が、熱間加工で造管された後、更に９００℃以上１０００℃以下の温度で均熱された後、水冷されたものであることが好ましい。造管後に継目無鋼管を当該温度範囲で均熱した後、水冷して焼入れすることにより、その鋼管に前記１．で規定する焼入工程および前記２．で規定する焼戻工程を施すと、結晶粒をさらに微細にできるとともに、性能バラツキを小さくすることができるからである。
【００５９】
（４）焼入工程の付加
本発明の製造方法では、焼入工程と焼戻工程の間に、誘導加熱を用いた焼入工程を付加するのが好ましい。得られた鋼管に繰り返し焼入れを施し、焼戻しすることにより、結晶粒がさらに微細になり、良好な靱性が得られるからである。
【００６０】
（５）誘導加熱装置
本発明の製造方法では、誘導加熱を実施するにあたり、コイル長さが被誘導加熱鋼管の長さより長い誘導加熱装置を用いて、加熱中は継目無鋼管を長手方向に移動させずに誘導加熱することが好ましい。誘導加熱装置は、短尺のコイルの中に鋼管を長手方向に移動させながら加熱する方式が多く採用されている。本発明で被熱処理鋼管より短いコイルを用いた誘導加熱装置を用いると、その後の冷却で十分な冷却速度を得ることができないので、鋼管に十分な靱性を確保することができないからである。
【実施例】
【００６１】
本発明による厚肉継目無鋼管の製造方法の効果を確認するため、下記の試験を行った。【００６２】
（実施例１）
［誘導加熱による焼入評価試験］
本発明の厚肉継目無鋼管の製造方法により、厚肉継目無鋼管に焼入れおよび焼戻しを施し、得られた厚肉継目無鋼管から試験片を作成した。その試験片の靱性を測定することにより、誘導加熱を用いた焼入れの効果を検証した。【００６３】
［試験方法］
本発明例および比較例ともに、鋼Ａまたは鋼Ｂからなる、肉厚４０ｍｍの継目無鋼管をモデルミルにて造管し、鋼管を得た。造管は、モデルミル仕上げ温度１０５０℃で行った。表１は、供試した鋼Ａおよび鋼Ｂの化学組成を示す。【００６４】
【表１】
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【００６５】
表２に示す、本発明例では、得られた鋼管を、以下の手順により厚肉継目無鋼管とした。
（１）造管後の均熱処理は行わず、放冷により鋼管を冷却し
（２）雰囲気温度制御式加熱炉で所定の温度に鋼管を加熱し、誘導加熱によりさらに加熱して鋼管を所定の温度とし、所定の温度に３分間保持し、鋼管を水冷することにより焼入れを行い、
（３）鋼管を所定の温度に加熱し、その温度を１５分間保持した後に空冷することにより焼戻した。【００６６】
比較例１−３〜１−８では、上記（１）〜（３）の本発明例の手順において、（２）の焼入れの条件を変更して厚肉継目無鋼管を得た。比較例１−３および１−６では、雰囲気温度制御式加熱炉のみで鋼管を加熱して所定の温度とし、その後、水冷することにより焼入れを行った。また、比較例１−４および１−７では、誘導加熱の周波数を、本発明の規定範囲外の高周波数として焼入れを行った。さらに、比較例１−５および１−８では、誘導加熱を本発明の規定範囲外の高温として焼入れを行った。【００６７】
鋼管の誘導加熱は、鋼管長より長いコイルを準備して、移動式ではなく、鋼管全体を加熱した。雰囲気温度制御式加熱炉は、バーナーで炉内の雰囲気を加熱することにより、熱処理材を加熱する方式のものを用いた。【００６８】
［評価指標］
靱性の評価指標として、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２で定める金属材料のシャルピー衝撃試験方法により、衝撃試験を行った。衝撃試験片は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２で規定する４号試験片に準じ、１０ｍｍ×１０ｍｍ、２ｍｍＶノッチの試験片を、継目無鋼管の肉厚中央の長手方向から採取した。【００６９】
表２に、本発明例および比較例で供試した鋼と、造管後の冷却条件と、焼入工程の処理条件と、焼戻工程での加熱条件と、衝撃試験から得られた靱性（破面遷移温度ｖＴｓ：℃）を記す。【００７０】
【表２】
2011021396.tif 000003
【００７１】
［試験結果］
表２に示す結果より、焼入工程で雰囲気温度制御式加熱炉のみで加熱した比較例１−３および１−６の加熱速度が３．４℃／分〜４．３℃／分であるのに対し、本発明例１−１および本発明例１−２の加熱速度は３００℃／分〜３３０℃／分となった。また、比較例１−３および１−６の靱性が−４１℃〜−５８℃であるのに対し、本発明例１−１および本発明例１−２の靱性は−７１℃〜−７４℃であるので、本発明により靱性が向上した。これらから、誘導加熱を用いることにより、鋼管を高速加熱することができるとともに、得られる厚肉継目無鋼管の靱性の向上が可能であることが確認できた。【００７２】
表２に示す結果より、焼入工程で誘導加熱を用いたとしても、その周波数が高周波である、比較例１−４および１−７の靱性が−３３℃〜−３９℃であるのに対し、本発明例１−１および本発明例１−２の靱性は−７１℃〜−７４℃であるので、本発明により靱性を大きく向上できた。したがって、本発明の規定の周波数以下の誘導加熱を用いることにより、鋼管を均一に高速加熱することができるので、得られる厚肉継目無鋼管の靱性の向上が可能であることが確認できた。【００７３】
表２に示す結果より、焼入工程で本発明の温度範囲外まで加熱した比較例１−５および１−８の靱性が−１７℃〜−２５℃であるのに対し、本発明例１−１および本発明例１−２の靱性は−７１℃〜−７４℃であるので、本発明により靱性を大幅に向上できた。したがって、焼入工程で本発明で規定する温度範囲に加熱することにより、得られる厚肉継目無鋼管の靱性の向上が可能であることが確認できた。【００７４】
（実施例２）
［造管後の均熱・水冷処理の評価試験］
造管後に、鋼管を水冷により焼入れする、または、均熱処理をした後に水冷により焼入れすることによる厚肉継目無鋼管の靱性向上を評価する試験を行った。【００７５】
［試験方法］
実施例２では、造管により得られた鋼管を、以下の手順により厚肉継目無鋼管とした。
（１）造管後に１０００℃から水冷により焼入れし、または、所定の温度に均熱した後に水冷により焼入れし、
（２）誘導加熱のみで鋼管を所定の温度とし、または、雰囲気温度制御方式加熱炉で加熱後に誘導加熱することより鋼管を所定の温度とし、
（３）誘導加熱後すぐに、または、鋼管を誘導加熱で所定の温度で３分間保持するか、雰囲気温度制御式加熱炉に移して所定の温度を３分間保持後に、鋼管を水冷することにより焼入れを行い、
（４）鋼管を所定の温度に加熱し、その温度を１５分間保持した後に空冷することにより焼戻した。【００７６】
なお、誘導加熱の終了温度と均熱温度が同じである実施例は、誘導加熱にて均熱を実施し、誘導加熱の終了温度と均熱温度が異なる実施例は、雰囲気温度制御式加熱炉に移して均熱を実施した。【００７７】
上記以外の条件は実施例１と同様とした。厚肉継目無鋼管の評価指標として、実施例１と同様の方法で靱性を調査した。表３に、本発明例および比較例で供試した鋼と、造管後の冷却条件と、焼入工程の処理条件と、焼戻工程での加熱条件と、衝撃試験から得られた靱性（℃）を記す。【００７８】
【表３】
2011021396.tif 000004
【００７９】
［試験結果］
表３に示す結果より、造管後に均熱することなく水冷した本発明例２−５および２−６の靱性は−８２℃〜−８３℃であり、造管後に均熱することなく空冷した実施例１の本発明例１−１の靱性は、−７１℃であった。また、鋼ＡのＡｒ３点の温度は、７８０℃である。したがって、熱間加工で造管された後、Ａｒ３点以上の温度から水冷することにより、得られる厚肉継目無鋼管の靱性の向上が可能であることが確認できた。【００８０】
表３に示す結果より、鋼Ａを用いた場合、造管後に均熱し、その後に水冷した厚肉継目無鋼管の靱性（本発明例２−１〜２−４）は−７３℃〜−８８℃であるのに対し、造管後に均熱することなく空冷した実施例１の本発明例１−１の靱性は、−７１℃である。また、鋼Ａを用いた場合、造管後に均熱し、その後に水冷した厚肉継目無鋼管の靱性（本発明例２−７〜２−９）は−７９℃〜−８１℃であるのに対し、造管後に均熱することなく空冷した実施例１の本発明例１−２の靱性は、−７４℃である。これらより、熱間加工で造管した後、更に鋼管を９００℃以上１０００℃以下の温度で均熱し、水冷することにより、得られる厚肉継目無鋼管の靱性の向上が可能であることが確認できた。【００８１】
（実施例３）
［焼入工程を付加した場合の評価試験］
焼入工程と焼戻工程の間に、焼入工程を付加することによる厚肉継目無鋼管の靱性向上を評価する試験を行った。【００８２】
［試験方法］
実施例３では、造管により得られた鋼管を、以下の手順により厚肉継目無鋼管とした。
（１）造管後に、（ａ）〜（ｃ）のいずれかの方法により鋼管を冷却した：（ａ）空冷により冷却、（ｂ）１０００℃から水冷により焼入れ、（ｃ）所定の温度に均熱した後に水冷により焼入れ。
（２）誘導加熱のみで鋼管を所定の温度とし、または、雰囲気温度制御方式加熱炉で加熱後に誘導加熱することより鋼管を所定の温度とした。
（３）誘導加熱後すぐに、または、所定の温度に３分間保持後、鋼管を水冷することにより焼入れを行った。
（４）再び、誘導加熱後すぐに、または、鋼管を誘導加熱で所定の温度で３分間保持するか、雰囲気温度制御式加熱炉に移して所定の温度を３分間保持後に、鋼管を水冷することにより焼入れを行い、
（５）鋼管を所定の温度に加熱し、その温度を１５分間保持した後に空冷することにより焼戻した。【００８３】
上記以外の条件は実施例１と同様とした。厚肉継目無鋼管の評価指標として、実施例１と同様の方法で靱性を調査した。表４に、本発明例および比較例で供試した鋼と、造管後の冷却条件と、１回目の焼入工程の処理条件と、２回目の焼入工程の処理条件と、焼戻工程での加熱条件と、衝撃試験から得られた靱性（℃）を記す。【００８４】
【表４】
2011021396.tif 000005
【００８５】
［試験結果］
表４に示す結果より、焼入工程と焼戻工程の間に、焼入工程を付加した本発明例３−１〜３−１６の靱性は−９６℃〜−１２５℃となった。焼入工程を付加しない実施例１および実施例２の本発明例の靱性は、−７１℃〜−８８℃である。したがって、焼入工程と焼戻工程の間に、焼入工程を付加することにより、得られる厚肉継目無鋼管の靱性の向上が可能であることが確認できた。【００８６】
以上より、本発明の厚肉継目無鋼管の製造方法を用いれば、周波数２００Ｈｚ以下の誘導加熱により厚肉の鋼管を均一に高速加熱することができるので、得られる厚肉継目無鋼管において高い靱性を確保できることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の厚肉継目無鋼管の製造方法は、焼入工程で周波数２００Ｈｚ以下の誘導加熱により鋼管を加熱することにより、下記の顕著な効果を発揮する。
（１）肉厚の厚い鋼管を均一に高速加熱することができる。
（２）鋼管の結晶粒を微細にすることができる。
（３）得られる厚肉継目無鋼管において、高い靱性を確保することができるとともに、低温での使用に耐えることができる。
したがって、本発明の製造方法によれば、油井管やラインパイプに好適な厚肉継目無鋼管を提供できる。
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月2日(2011.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間加工による造管工程を経た肉厚３０ｍｍを超える鋼管に焼入、焼戻の熱処理を施すに当たり、下記（ａ）の焼入工程および（ｂ）の焼戻工程を順に行うことを特徴とする厚肉継目無鋼管の製造方法。  （ａ）加熱段階の、少なくとも７５０℃以上の温度範囲において、加熱手段として、周波数２００Ｈｚ以下の誘導加熱を用いて、鋼管を９００℃以上１０００℃以下の温度に加熱した後、水冷して焼入れを行う焼入工程。  （ｂ）５００℃以上７５０℃以下で焼戻す焼戻工程。
【請求項２】
熱間加工による造管工程を経た肉厚３０ｍｍを超える鋼管に焼入、焼戻の熱処理を施すに当たり、下記（ａ）の焼入工程および（ｂ）の焼戻工程を順に行うことを特徴とする厚肉継目無鋼管の製造方法。  （ａ）加熱段階の、少なくとも７５０℃以上の温度範囲において、加熱手段として、周波数２００Ｈｚ以下の誘導加熱を用いて、鋼管を９００℃以上１０００℃以下の温度に加熱し、更に９００℃以上１０００℃以下の温度範囲で１０分以下の均熱処理を施した後、水冷して焼入れを行う焼入工程。  （ｂ）５００℃以上７５０℃以下で焼戻す焼戻工程。
【請求項３】
前記焼入工程の加熱を実施するにあたり、雰囲気温度制御式加熱炉を用いて、鋼管を常温から６００℃以上７５０℃以下の温度まで加熱することを特徴とする請求項１に記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【請求項４】
前記焼入工程の加熱を実施するにあたり、雰囲気温度制御式加熱炉を用いて、鋼管を常温から６００℃以上７５０℃以下の温度まで加熱することを特徴とする請求項２に記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【請求項５】
前記均熱処理を雰囲気温度制御式加熱炉で行うことを特徴とする請求項２または４に記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【請求項６】
前記焼入れのための加熱を施される継目無鋼管が、熱間加工で造管された後、Ａｒ3点以上の温度から水冷されたものであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【請求項７】
前記焼入れのための加熱を施される継目無鋼管が、熱間加工で造管された後、更に９００℃以上１０００℃以下の温度で均熱された後、水冷されたものであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【請求項８】
前記焼入工程と焼戻工程の間に、請求項１〜５の何れかに記載の焼入工程を付加することを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【請求項９】
前記誘導加熱を実施するにあたり、コイル長さが被誘導加熱鋼管の長さより長い誘導加熱装置を用いて、加熱中は継目無鋼管を長手方向に移動させずに誘導加熱することを特徴とする、請求項１〜８の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】  以上の知見に基づき本発明は完成し、下記の（１）ないし（９）に示す継目無鋼管の製造方法を要旨とする：
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】（２）熱間加工による造管工程を経た肉厚３０ｍｍを超える鋼管に焼入、焼戻の熱処理を施すに当たり、下記（ａ）の焼入工程および（ｂ）の焼戻工程を順に行うことを特徴とする厚肉継目無鋼管の製造方法。  （ａ）加熱段階の、少なくとも７５０℃以上の温度範囲において、加熱手段として、周波数２００Ｈｚ以下の誘導加熱を用いて、鋼管を９００℃以上１０００℃以下の温度に加熱し、更に９００℃以上１０００℃以下の温度範囲で１０分以下の均熱処理を施した後、水冷して焼入れを行う焼入工程。  （ｂ）５００℃以上７５０℃以下で焼戻す焼戻工程。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】（３）前記焼入工程の加熱を実施するにあたり、雰囲気温度制御式加熱炉を用いて、鋼管を常温から６００℃以上７５０℃以下の温度まで加熱することを特徴とする（１）に記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。（４）前記焼入工程の加熱を実施するにあたり、雰囲気温度制御式加熱炉を用いて、鋼管を常温から６００℃以上７５０℃以下の温度まで加熱することを特徴とする（２）に記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】（５）前記均熱処理を雰囲気温度制御式加熱炉で行うことを特徴とする（２）または（４）に記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】（６）前記焼入れのための加熱を施される継目無鋼管が、熱間加工で造管された後、Ａｒ3点以上の温度から水冷されたものであることを特徴とする（１）〜（５）の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】（７）前記焼入れのための加熱を施される継目無鋼管が、熱間加工で造管された後、更に９００℃以上１０００℃以下の温度で均熱された後、水冷されたものであることを特徴とする（１）〜（５）の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】（８）前記焼入工程と焼戻工程の間に、（１）〜（５）の何れかに記載の焼入工程を付加することを特徴とする（１）〜（７）の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】（９）前記誘導加熱を実施するにあたり、コイル長さが被誘導加熱鋼管の長さより長い誘導加熱装置を用いて、加熱中は継目無鋼管を長手方向に移動させずに誘導加熱することを特徴とする（１）〜（８）の何れかに記載の厚肉継目無鋼管の製造方法。
【国際調査報告】
2011021396.tif 000006
2011021396.tif 000007
2011021396.tif 000008
2011021396.tif 000009